(57)【要約】【課題】高吐出量、低発熱を保持しながらフィッシュアイなどの外観欠点やブレンド樹脂の分散不良を解決する熱可塑性樹脂フィルム製造用のシングルスクリュー及びそのスクリューを用いた押出製膜方法の提供。【解決手段】フィード部、コンプレッション部、メータリング部からなるシングルスクリューにおいて、フィード部の長さがスクリュー全長Ｌの３０％以上であり、且つコンプレッション部がスクリュー全長Ｌの４０％以上のスクリューであり、該コンプレッション部に溝を二分割するバリアフライトを有し、バリアフライトによって２分割された溝の上流側のスクリュー谷径がバレル径の８５％〜９５％であり、且つメータリング部のスクリュー谷径がバレル径の７０〜８５％であることを特徴とするスクリュー。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィード部、コンプレッション部、メータリング部からなるシングルスクリューにおいて、フィード部の長さがスクリュー全長Ｌの３０％以上であり、且つコンプレッション部がスクリュー全長Ｌの４０％以上のスクリューであり、該コンプレッション部に溝を二分割するバリアフライトを有し、バリアフライトによって２分割された溝の上流側のスクリュー谷径がバレル径の８５％〜９５％であり、且つメータリング部のスクリュー谷径がバレル径の７０〜８５％であることを特徴とするスクリュー。
【請求項２】
バリアフライトによって２分割された溝の下流側のスクリュー谷径が、フィード部溝の谷径から先端に進むに従い大きくなっていき、コンプレッション部の終端部で該谷径がバリアフライト径と同じになることを特徴とする請求項１に記載のスクリュー。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のスクリューを用い熱可塑性樹脂のフィルムを製膜することを特徴とする押出成形方法。
【請求項４】
フィード部の設定温度を、樹脂の融点〜融点＋５０℃とすることを特徴とする請求項３に記載の押出成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性樹脂の押出用シングルスクリューとそのスクリューを用いた押出成形方法に関し、詳しくは、高吐出量、低発熱を維持しつつ、フィッシュアイなどの外観欠点やブレンド樹脂の分散不良を解決することのできる熱可塑性樹脂の押出用シングルスクリューとそのスクリューを用いた押出成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学フィルムや光学部材の保護フィルムの分野などでは、フィルム製膜に高生産性だけでなく、高品質が求められる。特に品質面では熱劣化や分散不良起因のフィッシュアイなどの外観欠点に対して要求が厳しくなっている。特に、融点やレオロジー特性が異なる樹脂のブレンド系では、混練不良起因のフィッシュアイが出易い。よって通常は、二軸スクリューを用いて成形を行ったり、マスターバッチを事前に二軸押出で作成してからシングル押出を行う等の手法が取られる。
しかし二軸スクリューは、シングルスクリューに対して高コストであり躁業性やメンテナンスもシングルスクリューに比べると悪い。また、既存ラインがシングル押出機の場合、二軸に置き換えるのは容易ではない。よって比較的シンプルな構造であるシングルスクリューによって高吐出を維持しながら高混練を達成する事はコスト、躁業性等で非常にメリットが多い。
【０００３】
しかし、高吐出を行うためには、回転数を上げすぎるとせん断発熱により粘度がさがり分散力が寄与しない問題や、局部的な樹脂温度上昇のために熱架橋や熱分解を起こすという問題がある。
また、樹脂の発熱が大きすぎると流動状態が不安定になりフローマークなどの外観不良も発生する。さらにまた、吐出量が大きすぎる時には押出機内の滞留時間が短くなるために、熱不足により未溶融物が発生するという問題も起こる。
【０００４】
そこで、バリアフライトのバレルとの間隙を適正化する事によりヤケやフィッシュアイを抑制する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、バリアフライトを一度通過するだけでは、瞬間的なひずみ速度は大きくなるが、トータルの練り量を上げる事はできない。よってブレンド系などでは均質な状態に混練することができない。
また、ダルメージミキシングのフィン形状を適正化することにより混練ムラを抑制する手法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。しかし、ダルメージ部での圧力損失が大きくなるために、混練性は良くなるが吐出量が減少したり発熱が大きくなるという問題が起こる。
さらに、溝の深さが数回変化する事により混錬を促す手法が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。しかし、この方法では高吐出量は維持できるが平均的なひずみ速度が遅くなるために吐出量が大きい場合などに未溶融ブツなどのフィッシュアイを生じさせてしまうという問題がある。
【特許文献１】特開２００３−２６６５２号公報
【特許文献２】特開平５−２３７９１３号公報
【特許文献３】特開平５−２６９７３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記公知技術の問題点を解決し、高吐出量、低発熱を保持しながらフィッシュアイなどの外観欠点やブレンド樹脂の分散不良を解決する熱可塑性樹脂フィルム製造用のシングルスクリュー及びそのスクリューを用いた押出製膜方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、バリアフライト型シングルスクリューを用いて熱可塑性樹脂の溶融押出をするにあたり、スクリューのフィード部の長さ、コンプレッション部の長さ及びコンプレッション部のダブルフライトにより分割された溝深さを特定の範囲にすることにより、高吐出量、低発熱を維持しつつフィッシュアイなどの外観欠点やブレンド樹脂の分散不良を解決できる事を見出し、本発明をなすに至った。
【０００７】
すなわち、本発明の第１の発明によれば、フィード部、コンプレッション部、メータリング部からなるシングルスクリューにおいて、フィード部の長さがスクリュー全長Ｌの３０％以上であり、且つコンプレッション部がスクリュー全長Ｌの４０％以上のスクリューであり、該コンプレッション部に溝を二分割するバリアフライトを有し、バリアフライトによって２分割された溝の上流側のスクリュー谷径がバレル径の８５％〜９５％であり、且つメータリング部のスクリュー谷径がバレル径の７０〜８５％であることを特徴とするスクリューが提供される。
【０００８】
また、本発明の第２の発明によれば、第１の発明において、バリアフライトによって２分割された溝の下流側のスクリュー谷径が、フィード部溝の谷径から先端に進むに従い大きくなっていき、コンプレッション部の終端部で該谷径がバリアフライト径と同じになることを特徴とするスクリューが提供される。
【０００９】
また、本発明の第３の発明によれば、第１又は２の発明のスクリューを用い熱可塑性樹脂のフィルムを製膜することを特徴とする押出成形方法が提供される。
【００１０】
また、本発明の第４の発明によれば、第３の発明において、フィード部の設定温度を、樹脂の融点〜融点＋５０℃とすることを特徴とする押出成形方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のシングルスクリューを用いた熱可塑性樹脂の押出成形法によれば、高吐出量を維持しながら高分散性を出すことができるため、熱可塑性樹脂フィルムのフィッシュアイを減らすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照にしながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態におけるダブルフライトタイプのシングルスクリューの側面図である。シングルスクリューは、フィード部、コンプレッション部、メータリング部から構成され、コンプレッション部には溝をニ分割するバリアフライトを有している。
【００１３】
本発明のシングルスクリューにおいては、フィード部の長さは、スクリュー全長Ｌの３０％以上であり、好ましくはスクリュー全長Ｌの３５〜４０％である。フィード部の長さをこの範囲にすることにより、対象樹脂固体の輸送能力を上げることができる。フィード部の長さがスクリュー全長の３０％未満であると、ポリプロピレンのようなペレットが滑り易い樹脂では吐出能力が落ちてしまう。また、４０％を超えるとコンプレッション部、メータリング部の長さが極端に短くなるために吐出能力は上がるが未溶融ブツが多く発生してしまう。
【００１４】
本発明のシングルスクリューのコンプレッション部の長さは、スクリュー全長Ｌの４０％以上であり、好ましくはスクリュー全長Ｌの４０〜５０％である。コンプレッション部の長さがスクリュー全長の４０％未満であると、ソリッドベッドの詰まりや、未溶融ブツなどを抑える事ができず安定した高吐出を維持することができない。
【００１５】
本発明では、コンプレッション部に溝を２分割するバリアフライトを設けることにより高吐出と高分散、高混練を両立させている。
【００１６】
図２は、コンプレッション部の溝をバリアフライトで２分割した際の上流側の溝の深さ変化を模式的に示した図である。バリアフライトによって２分割された溝の上流側のスクリュー谷径は、バレル径の８５％〜９５％であり、好ましくは８６〜９０％である。
フィード部から送られてきた樹脂は、コンプレッション部の下流側の溝を溶融しながら流れる。バレルからの熱により溶融した樹脂は、バリアフライトを超えて上流側の溝に移る。上流側のスクリュー谷径をバレル径の８５％〜９５％にすることにより、バリアフライトを超える瞬間だけでなく、上流側の溝に移った後も比較的高いせん断速度を長い時間受けながらコンプレッション部を流れていく。上流側の溝の谷径がバレル径の８５％未満だと、ブレンド系などでは混練不足が発生しフィッシュアイが発生する。また溝が深いためにスクリュー壁面にヤケなどが発生し、炭化物などのフィッシュアイを発生する。上流側の溝の谷径がバレル径の９５％を超えると、せん断発熱が大きくなり熱劣化を引き起こす。また溝が浅いために吐出量が大幅に下がってしまう。
【００１７】
図３は、コンプレッション部の溝をバリアフライトで２分割した際の下流側の溝の深さ変化を模式的に示した図である。バリアフライトによって２分割された溝の下流側のスクリュー谷は、フィード部の溝の谷径から先端に進むに従い大きくなっていき、コンプレッション部の終端部で該谷径は、バリアフライト径と同じになる。このような構成にすることにより、フィード部より送られてきた全ての樹脂はバレルとバリアフライトの狭い間隙を確実に通過することになり、高い混練効果を有する。
なお、バリアフライトとシリンダとの間隙は０．２〜１ｍｍが好ましく、より好ましくは０．２５〜０．５ｍｍである。
【００１８】
また、本発明では、メータリング部のスクリュー谷径は、バレル径の７０〜８５％であり、好ましくは７５〜８０％である。メータリング部のスクリュー谷径をこの範囲にすることにより高吐出を維持することができる。スクリュー谷径がバレル径の７０％未満だと混練不良が発生しフィッシュアイの原因となる。また８５％を超えると混練性は上がるが吐出量が下がってしまう。
【００１９】
図４は、コンプレッション部内の樹脂の溶融状態の簡略図である。フィード部から送られてきた樹脂は二分割されたコンプレッション部の下流側溝に送られせん断発熱とバレルからの伝熱で溶融しながら流れていく。溶融した樹脂はバリアフライトを超え上流側溝に随時流れていく。下流側溝の溝深さは前方に行くに従い浅くなっていくために最終的にすべての樹脂がバリアフライトを超えて上流側の溝に流れていく。
【００２０】
本発明の押出成形方法は、上記のシングルスクリューを有する押出機を使用して熱可塑性樹脂のフィルム等を押出製膜する方法である。
本発明の押出成形で使用できる熱可塑性樹脂としては、例えば、超低密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、エチレン塩化ビニルコポリマー、ポリビニルアルコール、エチレン酢酸ビニルコポリマー、エチレンエチルアクリレート、ポリ酢酸ビニル、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン、マレイミド、ポリサルフォン、ポリエーテルサルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ（メタ）アクリレート、セルロースエステル、ポリノルボルネン等の熱可塑性樹脂が挙げられる。
なお、これらの熱可塑性樹脂には可塑剤、紫外線吸収剤等の添加剤が添加されていても良い。
【００２１】
本発明の押出成形においては、上記シングルスクリューのフィード部の設定温度を用いる樹脂の融点〜融点＋５０℃程度に設定することにより、樹脂ペレットの摩擦係数が上がり、処理量を上げることができる。また、フィード部を予熱することにより、熱不足による未溶融ブツの発生を抑制する事ができる特徴を有する。
【実施例】
【００２２】
以下に実施例を挙げて本発明をさらに説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。
なお、実施例、比較例において用いた樹脂は、プライムポリマー社製ポリプロピレン品名：Ｊ７１５と旭化成社製低密度ポリエチレン：品名Ｍ３２４０のブレンド品で、配合比は７５／２５（重量）である。
また、フィルムの押出製膜には東芝機械製Φ１１５ｍｍ押出機、アダプタ、コートハンガーダイを用いた。設定温度は、押出機Ｃ１：２２０℃、Ｃ２：２２０℃、Ｃ３：２２０℃、Ｃ４：２２０℃、Ｃ５：２２０℃、アダプタ：２００℃、金型：２００℃チルロール温度３０℃とした。押出機の回転数は、７５ｒｐｍとし、その時の押出量を測定し、その後約６時間製膜を行い１５０μｍ以上のフィッシュアイの個数を目視によりカウントした。
【００２３】
（実施例１）
Φ１１５ｍｍＬ／Ｄ＝３２の押出機で、フィード部の長さが直径比で１１Ｄ、コンプレッション部の長さが１３Ｄ、メータリング部の長さが８Ｄ、ダブルフライとを有するコンプレッション部の上流側溝深さは６ｍｍ、バリアフライトとシリンダの間隙は０．５ｍｍ、メータリング部の溝深さは１０ｍｍ、フィード部の溝深さは１５ｍｍのダブルフライトスクリューを用いて製膜を行った。樹脂の押出量は、２００Ｋｇ／ｈであり、１５０μｍ以上のフィッシュアイは、１ヶ／ｍ２であった。また、アダプタの中心部の樹脂温度は２４５℃であった。表１に結果および評価を示す。
【００２４】
（実施例２）
コンプレッション部の上流側溝深さを８ｍｍとした事以外は実施例１と同じ条件で、押出製膜を行った。その結果、押出量は２０５Ｋｇ／ｈであり、１５０μｍ以上のフィッシュアイは３ヶ／ｍ２であった。また、アダプタの中心部の樹脂温度は２４１℃であった。表１に結果および評価を示す。
【００２５】
（比較例１）
コンプレッション部の上流側溝深さを１０ｍｍとした事以外は実施例１と同じ条件で、押出製膜を行った。その結果、押出量は２１０Ｋｇ／ｈであり、１５０μｍ以上のフィッシュアイは１０ヶ／ｍ２であった。またアダプタの中心部の樹脂温度は２４０℃であった。表１に結果および評価を示す。
【００２６】
（比較例２）
フィード部の長さを８Ｄ、メータリング部の長さを１１Ｄとした事以外は実施例１と同じ条件で押出製膜を行った。その結果、押出量は１８０Ｋｇ／ｈであり、１５０μｍ以上のフィッシュアイは２ヶ／ｍ２であった。またアダプタの中心部の樹脂温度は２５８℃であった。表１に結果および評価を示す。
【００２７】
（比較例３）
メータリング部の溝深さを６ｍｍとした事以外は実施例１と同じ条件で押出製膜を行った。その結果、押出量は１３０Ｋｇ／ｈであり、１５０μｍ以上のフィッシュアイは２ヶ／ｍ２であった。またアダプタの中心部の樹脂温度は２６５℃であった。表１に結果および評価を示す。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
表１から明らかなように、本発明のシングルスクリューを用いた押出成形法によれば、高吐出量が得られ、フィッシュアイが少ないフィルムを製造することができる（実施例１，２）。一方、コンプレッション部基端側の溝が深いスクリューを用いた押出成形法によれば、フィッシュアイが増加し（比較例１）、フィード部長さが短いスクリューを用いた押出成形法によれば、高吐出量が得られず（比較例２）、メータリング部溝深さが浅いスクリューを用いた押出成形法によれば、高吐出量が得られない（比較例３）。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明のシングルスクリューを用いた押出製膜によれば、高吐出量を維持しながら高分散性を出す事ができフィッシュアイを減らす事ができるため、産業上利用可能性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明のダブルフライトタイプのシングルスクルーの側面図である。
【図２】コンプレッション部の溝をバリアフライトで２分割した際の上流側の溝の深さ変化を模式的に示した図である。
【図３】コンプレッション部の溝をバリアフライトで２分割した際の下流側の溝の深さ変化を模式的に示した図である。
【図４】コンプレッション部内の溶融状態簡略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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